[发明专利]一种异形复杂截面构件梯度增材再制造方法及装备

说明书

本发明公开了一种异形复杂截面构件梯度增材再制造方法及装备，该方法包括以下步骤：S1、对失效轧辊服役工况进行有限元仿真，根据轧辊应力场和温度场，确定轧辊梯度材料分层结构；将轧辊由内到外分为多层，通过对每层焊材的选择，实现轧辊各区域的等寿命设计；S2、根据分层结果分析轧辊修复所需的工艺参数，并发送给PLC控制器；S3、将轧辊预热到预设温度后，焊接装置对轧辊梯度分层的最里层进行电弧增材堆焊，锻打装置开始工作，对堆焊形成的焊道区域进行锻打；堆焊和锻打的工艺参数由PLC控制器控制焊接装置和锻打装置实现。本发明能够对异形复杂截面轧辊实现梯度功能精确堆焊修复，在提高轧辊寿命的同时降低了轧辊修复制造成本。

技术领域

本发明涉及冶金装备技术领域，具体涉及一种异形复杂截面构件梯度增材再制造方法及装备。

背景技术

我国是世界公认的制造大国、世界加工厂，对轧钢的生产和消耗需求巨大。轧辊作为轧钢生产线的主要消耗零部件，直接影响着轧钢的生产品质和成本。随着我国钢铁行业的发展，对辊子的质量和寿命要求越来越高。此外，降本增效也成为各大钢厂提高企业竞争力的核心策略。随着增材再制造技术的快速发展，钢铁企业对轧辊的修复和再制造技术展开了广泛的探索。目前激光熔覆技术和基于埋弧焊的堆焊修复技术成为轧辊修复的两个重要方向。由于堆焊技术具有效率高、成本低、材料成分稳定、设备简单等优势，逐渐成为轧辊修复的主流技术，堆焊技术也在各大钢厂得到了广泛应用。

目前现存的轧辊堆焊再制造修复技术存在如下问题：首先，轧辊在服役时表层应力状态与芯部应力状态差异较大，采用一种材料修复轧辊时，表层材料和内部材料的力学性能不能差异化处理，进而轧辊不同区域不能达到等寿命。其次，堆焊时焊缝结晶从熔池壁向中心推进，形成粗大的柱状晶组织，且焊缝中心易出现杂质、缩松等缺陷；此外，由于结晶从熔池壁向中心推进，高熔点合金元素首先在熔池壁析出，导致熔池壁和焊缝中心的元素分布不均匀，进而形成区域偏析和显微偏析。通常显微偏析可以通过热处理消除，然而由于粗大柱状晶对区域偏析元素形成了隔离效应，进而导致区域偏析难以通过热处理消除；这些区域偏析、焊缝区域的铸态组织、和残余拉应力导致轧辊在服役时出现应力腐蚀剥落，轧辊宏观呈现出焊道痕迹，极大限制了轧辊寿命的提升。最后，目前主流的轧辊修复工艺及装备不能对异形复杂截面的轧辊进行焊锻复合再制造修复。

因此，针对现有轧辊堆焊修复与再制造技术存在的上述问题，提出一种能够显著改善修复与再制造效果、提高轧辊使用寿命的新方法，已成为本技术领域亟待解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种异形复杂截面构件梯度增材再制造方法及装备，解决现有堆焊修复技术对轧辊不同区域不能达到等寿命设计，不能实现异形复杂截面轧辊的梯度材料修复问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种异形复杂截面构件梯度增材再制造方法，包括以下步骤：

S1、对失效轧辊服役工况进行有限元仿真，根据轧辊应力场和温度场，确定轧辊梯度材料分层结构；将轧辊由内到外分为多层，通过对每层焊材的选择，实现轧辊各区域的等寿命设计；

S2、根据分层结果分析轧辊修复所需的工艺参数，并发送给PLC控制器；

S3、将轧辊预热到预设温度后，焊接装置对轧辊梯度分层的最里层进行电弧增材堆焊，锻打装置开始工作，对堆焊形成的焊道区域进行锻打；堆焊和锻打的工艺参数由PLC控制器控制焊接装置和锻打装置实现；

S4、最里层堆焊结束后，重复步骤S3，由内向外依次完成轧辊梯度剩余层电弧增材堆焊和锻打；

S5、最后再对修复后的轧辊进行焊后处理、精加工，即实现轧辊梯度增材再制造。